Empire CMS,phome.net結(jié)合RF設(shè)計(jì)與數(shù)

1、Empire CMS, 結(jié)合RF設(shè)計(jì)與數(shù)字測(cè)試解決方案來(lái)克服混合信號(hào)的BER驗(yàn)證挑戰(zhàn) Empire CMS,    Empire CMS,     現(xiàn)今接收器架構(gòu)1的趨勢(shì)是將DSP移得更靠近RF天線(xiàn)，如此一來(lái)就需要不同以往的創(chuàng)新RF/數(shù)字驗(yàn)證解決方案。包含RF降頻轉(zhuǎn)換器（downconverter）做為前端以及A/D轉(zhuǎn)換器做為后端的接收器對(duì)需要分割RF功能及驗(yàn)證RF效能參數(shù)的RF系統(tǒng)工程師來(lái)說(shuō)，會(huì)帶來(lái)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方面的新挑戰(zhàn)，特別是，諸如編碼信號(hào)的誤碼率（BER）等關(guān)鍵的RF接收器效能指針帶給RF接收器的挑戰(zhàn)更是明顯

2、，因?yàn)樗斎氲氖悄M的RF信號(hào)，而接收器的輸出信號(hào)則是完全不同的信號(hào)格式 數(shù)字的位。盡管邏輯分析儀主要是用來(lái)分析純數(shù)字的信號(hào)，但RF系統(tǒng)工程師的驗(yàn)證工具中通常不會(huì)包含邏輯分析儀。這篇文章將介紹一種新的概念：將邏輯分析儀的應(yīng)用延伸到RF系統(tǒng)工程師的驗(yàn)證領(lǐng)域，所采用的方法是透過(guò)相互連接的解決方案（connected solution），將邏輯分析儀與RF設(shè)計(jì)仿真解決方案結(jié)合在一起，使得工程師可以在RF混合信號(hào)的硬件上進(jìn)行編碼的BER量測(cè)。針對(duì)3GPP WCDMA和WLAN等信號(hào)格式進(jìn)行編碼的BER和PER量測(cè)時(shí)，仿真設(shè)計(jì)解決方案能提供所需的基頻后處理功能，可有效地延伸邏輯分析儀的能力。此外，一旦數(shù)

3、據(jù)從邏輯分析儀讀進(jìn)仿真環(huán)境中之后，就可以在測(cè)得的數(shù)字信號(hào)上使用向量信號(hào)分析（VSA）的后處理功能（仿真設(shè)計(jì)環(huán)境中有提供），使得諸如誤差向量的絕對(duì)值（EVM）等非傳統(tǒng)的RF量測(cè)項(xiàng)目也能引入數(shù)字的領(lǐng)域中（后A/D轉(zhuǎn)換器）。這樣一來(lái)，就可以協(xié)助RF系統(tǒng)工程師在混合信號(hào)的接收器中，跨越A/D的界限來(lái)分割RF的效能規(guī)格，并提供一種即使信號(hào)已被A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化之后，仍然可以驗(yàn)證RF效能的方法。概念簡(jiǎn)介 RF接收器可能會(huì)包含模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器，以便將中頻（IF）或模擬的I和Q信號(hào)數(shù)字化，如圖1所示1。這里我們看到三種不同的接收器架構(gòu)：1) 超外差式（superheterodyne）（上圖）、2) 直接轉(zhuǎn)換

4、（中圖）、3) 數(shù)字IF（下圖）。每一種都會(huì)在進(jìn)行基頻后處理之前，于接收鏈的某個(gè)階段使用A/D轉(zhuǎn)換器。圖1：混合信號(hào)接收器的概念區(qū)塊圖。 像這樣的接收器架構(gòu)可能會(huì)為RF系統(tǒng)工程師帶來(lái)一些挑戰(zhàn)，因?yàn)檩斎氲浇邮掌鞯男盘?hào)是模擬的RF信號(hào)，但輸出信號(hào)卻是數(shù)字的。一旦IF或I和Q信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化之后，傳統(tǒng)使用RF信號(hào)產(chǎn)生器和向量信號(hào)分析儀的驗(yàn)證方法可能不足以對(duì)混合信號(hào)的接收器架構(gòu)進(jìn)行端對(duì)端的驗(yàn)證。盡管如此，RF系統(tǒng)的規(guī)格還是需要分割，整個(gè)混合信號(hào)接收器的最終RF效能也還是要加以驗(yàn)證，如此一來(lái)就需要新的混合信號(hào)驗(yàn)證解決方案。針對(duì)這種應(yīng)用所提出之相互連接解決方案的概念流程圖如圖2所示。其中，仿真解決

5、方案可用來(lái)產(chǎn)生仿真信號(hào)，該仿真信號(hào)會(huì)被下載到信號(hào)源的任意波形產(chǎn)生器中，以產(chǎn)生欲輸入待測(cè)裝置（DUT）的實(shí)體RF或IF測(cè)試信號(hào)。接著待測(cè)裝置（可能是一個(gè)含有A/D轉(zhuǎn)換器的接收器）會(huì)輸出一個(gè)數(shù)字的信號(hào)，此信號(hào)可用邏輯分析儀來(lái)量測(cè)和擷取。邏輯分析儀會(huì)以A/D轉(zhuǎn)換器的取樣時(shí)脈來(lái)同步擷取該數(shù)字資料，之后邏輯分析儀的內(nèi)存會(huì)被讀進(jìn)仿真設(shè)計(jì)環(huán)境中，然后由仿真解決方案的基頻接收器執(zhí)行后處理，以進(jìn)行BER或PER量測(cè)。圖2：相互連接解決方案進(jìn)行混合信號(hào)BER量測(cè)的概念流程圖。 這種解決方案的重點(diǎn)包括：要將流經(jīng)待測(cè)裝置的資料量最大化，以便得到一個(gè)統(tǒng)計(jì)上有意義的BER/PER量測(cè)結(jié)果，同時(shí)還要將仿真解決方案產(chǎn)生的資料

6、與邏輯分析儀進(jìn)行的量測(cè)在時(shí)間上相互同步，我們會(huì)在稍后進(jìn)一步討論這些問(wèn)題。 編碼信號(hào)的BER/PERRF系統(tǒng)工程師可能會(huì)面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)是接收器之RF和基頻功能的分割問(wèn)題，雖然A/D轉(zhuǎn)換器可能是接收器系統(tǒng)之RF單元的一部份，但在編碼信號(hào)的BER/PER量測(cè)中所考慮使用的基頻硬件/軟件譯碼功能卻不一定是。因此，要獨(dú)立于基頻單元之外來(lái)驗(yàn)證RF接收器之編碼信號(hào)的BER/PER效能可能會(huì)有困難，如此一來(lái)，如果在之后的硬件測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)了整合的問(wèn)題，可能會(huì)造成測(cè)試時(shí)間的延誤以及成本的增加。進(jìn)行編碼信號(hào)的BER/PER量測(cè)時(shí)，運(yùn)用仿真區(qū)塊來(lái)代替未完成的基頻功能有助于克服這項(xiàng)驗(yàn)證上的挑戰(zhàn)，也能降低RF/基頻整

7、合的風(fēng)險(xiǎn)，這樣一來(lái)就可以獨(dú)立于基頻單元之外，在中途即進(jìn)行RF測(cè)試驗(yàn)證檢查，以降低整合的風(fēng)險(xiǎn)。為了進(jìn)一步說(shuō)明，請(qǐng)看以下圖3所示的3GPP WCDMA上傳編碼結(jié)構(gòu)的概念區(qū)塊圖。圖3：3GPP W-CDMA上傳連結(jié)的概念區(qū)塊圖。 圖的左上角為專(zhuān)用流量頻道（DTCH）的位，所顯示的244個(gè)位是一段20 mS傳輸時(shí)間間隔（TTI）的12.2 kbps參考頻道的信號(hào)，另外還加入了循環(huán)檢查碼（CRC）位以及尾部位（tail bit），并進(jìn)行1/3速率的回旋編碼（convolutional coding），且這些位會(huì)經(jīng)過(guò)交錯(cuò)處理。20 mS的TTI會(huì)被切成10 mS的frame，且會(huì)插入或斷開(kāi)這些位，以得到想

8、要的位速率。接著專(zhuān)用控制頻道（DCCH）會(huì)對(duì)傳輸頻道進(jìn)行多任務(wù)處理，并進(jìn)行第二次的位交錯(cuò)處理。此時(shí)，專(zhuān)用實(shí)體數(shù)據(jù)頻道（DPDCH）會(huì)傳送I波形的3.84 MCps正交可變展頻系數(shù)（OVSF）碼，而專(zhuān)用實(shí)體控制頻道（DPCCH）則會(huì)傳送Q波形的3.84 MCps OVSF碼。最后會(huì)再將一個(gè)擾碼（scrambling code）加到I和Q波形中，然后經(jīng)過(guò)root-raised-cosine濾波并調(diào)變到IF或RF的載波上。由上述可知，所傳送的信號(hào)會(huì)進(jìn)行大量的編碼，針對(duì)這樣的應(yīng)用，可在仿真出來(lái)的信號(hào)下載到信號(hào)產(chǎn)生器的任意波形產(chǎn)生器之前，將編碼加入仿真中，如圖2所示。在接收器端，必須要能有效地將加到傳送

9、信號(hào)上的編碼反向解出，以便恢復(fù)所傳送的原始DTCH位，這樣才能進(jìn)行編碼信號(hào)的BER量測(cè)。一旦邏輯分析儀擷取到待測(cè)裝置的輸出資料，且該資料被讀進(jìn)仿真解決方案中之后，就可以利用仿真出來(lái)的基頻接收器，將這項(xiàng)基頻功能用在待測(cè)裝置的輸出上，這一點(diǎn)只要深入幾個(gè)階層到基頻接收器的仿真模型即可觀察得到。圖4的右上部所顯示的就是用來(lái)提供這項(xiàng)功能之基頻仿真模型的一個(gè)子集。圖4：利用仿真來(lái)延伸邏輯分析儀的功能。 編碼結(jié)構(gòu)對(duì)RF BER/PER效能本身的重要性不在本文的探討范圍內(nèi)，但參考資料5、6中有詳細(xì)的說(shuō)明。 測(cè)試設(shè)置方式測(cè)試設(shè)置方式的區(qū)塊圖與實(shí)機(jī)照片如圖5所示。 圖5：測(cè)試設(shè)置方式的區(qū)塊圖（左）與實(shí)機(jī)照片（右）

10、。 仿真解決方案會(huì)使用一部筆記型計(jì)算機(jī)，透過(guò)LAN聯(lián)機(jī)將仿真出來(lái)的信號(hào)下載到信號(hào)源的任意波形產(chǎn)生器中（區(qū)塊圖和照片左上方的信號(hào)源），以產(chǎn)生WCDMA調(diào)變過(guò)的IF測(cè)試信號(hào)。在此測(cè)試設(shè)置中，信號(hào)源的任意波形產(chǎn)生器最多可接受32 Msamples的仿真數(shù)據(jù)，但透過(guò)其它選項(xiàng)最多可以下載64 Msamples的仿真數(shù)據(jù)2。WCDMA調(diào)變的10 MHz信號(hào)會(huì)被14位的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，而該A/D轉(zhuǎn)換器會(huì)利用第二組信號(hào)產(chǎn)生器鎖定在30.72 MHz的頻率，30.72 MHz代表的是3.84 MCps之WCDMA波形的8倍超次取樣（oversampling）。A/D電路板的14位數(shù)字輸出會(huì)被邏輯分析儀擷取下

11、來(lái)，且仿真解決方案可透過(guò)LAN聯(lián)機(jī)來(lái)讀取儲(chǔ)存在邏輯分析儀內(nèi)存內(nèi)的量測(cè)資料?；贐ER/PER的應(yīng)用之需，會(huì)采用速度上極具優(yōu)勢(shì)的二進(jìn)制內(nèi)存讀取方式來(lái)讀取邏輯分析儀的資料，而非透過(guò)ASCII檔案?jìng)魉偷姆绞健Ｔ跔顟B(tài)模式下，邏輯分析儀的時(shí)脈會(huì)與目標(biāo)裝置的時(shí)脈同步，在此模式下，邏輯分析儀每個(gè)頻道的內(nèi)存最多可以?xún)?chǔ)存32 Msamples的資料。前面提過(guò)，這種應(yīng)用的挑戰(zhàn)之一是要將仿真解決方案產(chǎn)生的資料與邏輯分析儀擷取到的量測(cè)資料在時(shí)間上相互同步。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需開(kāi)啟信號(hào)源的“事件光標(biāo)”（event marker）功能，以便在任意波形產(chǎn)生器開(kāi)始產(chǎn)生第一點(diǎn)的波形（從仿真解決方案下載而來(lái)）時(shí)，可觸發(fā)在背板BN

12、C接頭上的一個(gè)脈沖。為了將邏輯分析儀的量測(cè)時(shí)間與任意波形產(chǎn)生器開(kāi)始產(chǎn)生波形的時(shí)間同步，信號(hào)源的事件光標(biāo)輸出會(huì)接到邏輯分析儀的預(yù)觸（arm）輸入端，且邏輯分析儀會(huì)以一個(gè)特殊的設(shè)定檔3來(lái)設(shè)定，以便在信號(hào)源的事件光標(biāo)出現(xiàn)時(shí)觸發(fā)其量測(cè)功能，然后將量測(cè)到的資料填入邏輯分析儀的內(nèi)存中。但即使透過(guò)這樣的同步設(shè)置，實(shí)際上還是會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)的延遲存在，在進(jìn)行BER/PER量測(cè)時(shí)需要將它移除。要移除掉剩下的這一點(diǎn)延遲可在量測(cè)BER/PER之前，在仿真中進(jìn)行，就這篇文章所舉的例子而言，是利用WCDMA和WLAN的基頻接收器，在仿真中移除延遲的。 測(cè)試結(jié)果下圖是80個(gè)資料frame之3GPP WCDMA編碼信號(hào)的BER測(cè)

13、試結(jié)果，這樣的資料量尚未達(dá)到任意波形產(chǎn)生器的容量上限2，因此如果有需要的話(huà)，還可以分析更多的資料。圖6中左上角的圖是從仿真解決方案下載到信號(hào)產(chǎn)生器中的波形大小，與從邏輯分析儀讀回仿真環(huán)境中的波形大小重疊，以時(shí)間的函數(shù)繪制而成。 圖6：WCDMA的BER測(cè)試結(jié)果。 同樣地，圖6中左下角的圖則是仿真解決方案產(chǎn)生的參考位（紅色線(xiàn)），與利用邏輯分析儀的相互連接解決方案，從待測(cè)裝置的輸出解出的位（藍(lán)色線(xiàn)）相互重疊，以位數(shù)的函數(shù)繪制而成。右上角的圖是實(shí)際的BER（未編碼），以10 mS radio frame的函數(shù)來(lái)表示，右下角的圖則是編碼信號(hào)的BER，以20 mS TTI的函數(shù)來(lái)表示。您可以注意到，在此

14、RF功率位準(zhǔn)下，編碼信號(hào)的BER測(cè)試結(jié)果與未編碼的實(shí)際BER測(cè)試結(jié)果并沒(méi)有差別，這是因?yàn)樾盘?hào)位準(zhǔn)比接收器的靈敏度位準(zhǔn)高很多的緣故3。我們也使用類(lèi)似的測(cè)試設(shè)置方式與流程對(duì)WLAN 802.11a的信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，其中使用了WLAN的仿真信號(hào)源和接收器，也將測(cè)試信號(hào)源的頻率做了調(diào)整，并使用與WCDMA測(cè)試一樣的待測(cè)裝置。圖7是一條PER曲線(xiàn)，以輸入待測(cè)裝置的振幅的函數(shù)繪制得出。產(chǎn)生這條PER曲線(xiàn)是為了說(shuō)明只使用20個(gè)資料封包的概念6，此處參考的應(yīng)用手冊(cè)中有單一個(gè)功率位準(zhǔn)下，使用100個(gè)資料封包進(jìn)行WLAN PER量測(cè)的例子，同時(shí)還詳細(xì)地介紹了所采用的測(cè)試設(shè)置方式與流程4。 圖7：WLAN的PER測(cè)試

15、結(jié)果。 分析數(shù)字資料的其它RF特性一旦從待測(cè)裝置量測(cè)到的數(shù)字資料被讀進(jìn)仿真解決方案之后，就可以利用仿真環(huán)境中提供的RF仿真量測(cè)功能來(lái)進(jìn)行后處理。實(shí)際的例子如圖8所示，其中使用了VSA仿真量測(cè)軟件來(lái)針對(duì)邏輯分析儀量測(cè)到的數(shù)字資料進(jìn)行后處理。 圖8：對(duì)邏輯分析儀擷取到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行RF解調(diào)。 這個(gè)例子顯示出數(shù)字化的WLAN數(shù)據(jù)可利用仿真設(shè)計(jì)環(huán)境中提供的VSA仿真量測(cè)軟件，在A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端進(jìn)行分析。左上角的圖是取樣到的星座圖，左下角為IF的頻譜，右下角為誤差向量的絕對(duì)值（EVM），右上角則為EVM相對(duì)于次載波的圖。雖然這篇文章中沒(méi)有顯示出來(lái)，不過(guò)WCDMA也進(jìn)行了類(lèi)似的量測(cè)4，包括碼域的功率（

16、code-domain power）。這種可對(duì)數(shù)字化的量測(cè)資料進(jìn)行RF分析的彈性為RF系統(tǒng)工程師開(kāi)啟了一扇新的門(mén)，使其能夠利用邏輯分析儀，在經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換之后還能驗(yàn)證RF的效能，可進(jìn)行的量測(cè)包括：分析EVM相對(duì)于時(shí)脈抖動(dòng)的關(guān)系、A/D量化誤差、以及其它相對(duì)于EVM的非線(xiàn)性特性等。摘要這篇文章運(yùn)用相互連接的解決方案，展示了RF與數(shù)字驗(yàn)證領(lǐng)域的新穎整合。所謂的相互連接解決方案乃是將仿真解決方案與測(cè)試解決方案結(jié)合在一起，形成一套創(chuàng)新的解決方案，能做到單用仿真或測(cè)試解決方案所無(wú)法做到的事情。對(duì)混合RF和數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)進(jìn)行編碼的BER/PER量測(cè)時(shí)，仿真解決方案可提供所需的基頻功能，以有效地延伸邏輯分析儀的能力。雖然這篇文章中所舉的例子都是圍繞在A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān)的量測(cè)上，但還有其它的可能性，包括在仿真環(huán)境中進(jìn)行模型化的接收器設(shè)計(jì)時(shí)，用來(lái)代